Ионоселективные электроды

МИНИСТЕРСТОВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Химический факультет кафедра физической химии РЕФЕРАТ Ионоселективные электроды выполнил студент 2 курса 4 группы Юденко Валерий проверил Введенский Александр Викторович Воронеж 2000 Содержание Введение 3 История создания ионоселективных электродов 4 Ионоселективные электроды 4 Электроды с твердыми мембранами 4 Лантанфторидный электрод 4 Сульфидсеребряные электроды 5 Галогенсеребряные и некоторые другие электроды на основе серебра 6 Электроды на основе сульфидов некоторых двузарядных металлов 7 Стеклянные электроды 7 Электроды с жидкими мембранами 8 Электроды на основе жидких катионитов 9 Электроды на основе жидких анионитов 9 Нитрат - селективный электрод 10 Газовые электроды 11 Энзимные электроды 12 Заключение 13 Литература 14 Введение Для определения состава и свойств различных соединений и растворов используются химические, физические и физико-химические методы анализа.

В некоторых случаях появляется необходимость определять концентрацию различных ионов в растворе.

Целью данной работы является рассмотрение ионоселективных электродов их разнообразие, изготовление, принцип действия, область применения данных электродов, а также более подробное рассмотрение свойств мембранного электрода, его особенности.

История ионоселективных электродов Ионометрия в настоящее время представляет собой достаточно широкую область науки и техники и играет не мало важную роль в аналитической химии. Основная задача ионометрии - изучение и разработка различного рода ионоселективных электродов. История развития мембранных электродов связана с исследованиями физиологических процессов.

В середине ХIХ века физиологи обнаружили возникновение между отдельными частицами организмов разности электрических потенциалов. Для понимая действия сложных биологических мембран химиками в конце ХIХ были созданы простейшие модели мембран. В 1890 году Оствальд воспользовался понятием полупроницаемой мембраны для создания модели биологической мембраны и показал, что значение разности потенциалов в такой мембране можно считать предельным в случае жидкостного потенциала, когда подвижность одного из ионов равна нулю. В начале ХХ столетия была обнаружена способность стеклянной мембраны реагировать на изменение концентрации ионов водорода.

Первые основные исследования потенциалов стеклянных мембран проведены Кремером и Габером. Ими же созданы и первые прототипы стеклянных и других электродов с твердыми и жидкими мембранами. Первые стеклянные электроды для практического измерения рН в растворах были предложены в 20-х годах Юзом, Долом и Мак-Иннесом, Никольским и Шульцем.

В 50-х годах появились стеклянные электроды с функциями ионов щелочных металлов, их которых наибольшее практическое значение имеет натриевый стеклянный электрод. Жидкие мембраны, содержащие растворенный ионит, впервые изучали Соллнер и Шин. Однако у этих мембран отсутствовала достаточная селективность по отношению к какому-либо определенному иону. 2 Ионоселективные электроды Ионоселективным электродом называется индикаторный или измерительный электрод с относительно высокой специфичностью к отдельному иону или типу ионов. Ионселективные электроды имеют следующие достоинства они не оказывают воздействия на исследуемый раствор портативны пригодны как для прямых определений, так и в качестве индикаторов в титриметрии. 3 В зависимости от типа мембраны ионселективные электроды можно разделить на следующие группы твердые электроды - гомогенные, гетерогенные, на основе ионообменных смол, стекол, осадков, моно- и поликристаллов жидкостные электроды на основе жидких ионитов хелатов - нейтральные переносчики, биологически активных веществ газовые и энзимные электроды Электроды с твердыми мембранами Мембраны данного вида электродов представляют собой моно- или поликристаллы труднорастворимых в воде солей.

В этих мембранах обычно один из двух составляющих соль ионов способен под действием электрического поля перемещаться в кристаллической решетке по ее дефектам.

Примерами могут служить мембраны из солей галогенидов серебра, которые обладают ионной проводимостью, осуществляемой ионами серебра.

Поведение этих мембран, в простейших случаях, идентично поведению соответствующих электродов второго рода хлорсеребряного и каломельного. Тонкая пластинка из монокристалла, например, хлорида серебра, может быть мембраной электрода, обратимой по отношению к иону Cl который закреплен в кристаллической решетке. В то же время такой электрод обладает и катионной Ag-функцией за счет постоянства произведения растворимости ПРAgCl. Кристаллические мембраны отличаются очень высокой селективностью, превышающей селективность жидкостных электродов с ионообменными веществами на несколько порядков.

Это связано с тем, что селективность у твердых кристаллических мембранных электродов достигается за счет вакансионного механизма переноса заряда, при котором вакансии заполняются только определенным подвижным ионом Ag, так как форма, размер, распределение заряда вакансии соответствуют только определенному подвижному иону. К электродам с твердой мембраной относятся лантанфторидный электрод, сульфидсеребряные электроды, галогенсеребряные электроды, электроды на основе сульфидов халькогенидов некоторых двузарядных ионов металлов, стеклянные электроды.

Наиболее совершенным и высокоселективным электродом для определения F-ионов является монокристаллический лантанфторидный электрод. У этого электрода F функция сохраняется до концентрации ионов F- 10-5 10-7 М, т.е. значительно меньшей, чем рассчитанная из литературных данных о растворимости фторида лантана.

Это свойственно и другим электродам на основе моно- и поликристаллов. Потенциал LaF3-электрода подчиняется уравнению Нернста в интервале концентраций 100-10-6 М Селективность LaF3-электрода в присутствии многих других анионов может быть охарактеризована возможностью определения активности ионов F- при более чем 1000-кратных избытках галоген-ионов, NO3- PO43 HCO3- и других анионов. Существенно мешают определению аF- только катионы, дающие комплексы с фторидами Al3, Fe3, Ce4, Li, Th4 и анионы OH Как и для всякого электрода, поверхность лантанфторидного электрода может изменяться в результате реакций с веществам исследуемого раствора.

Например, в растворах, содержащих карбоксильные кислоты поверхность электрода и, соответственно, потенциал изменяются, за счет образования смешанных солей фторида и аниона карбоксильных кислот поверхность можно вернуть к первоначальному состоянию, после выдерживания электрода в буферном и чистом растворах фторида натрия.

Потенциал в концентрированных растворах устанавливается менее чем за 0,5 с, а при низких концентрациях - до 3 мин. Стабильность потенциала F электрода достаточна для длительной работы без периодических калибровок изменение потенциала примерно 2 мВ в неделю. Применяют лантанфторидный электрод для определения произведений растворимости, определение ионов F- в различных жидких средах и твердых веществах, для анализа биологических материалов, сточных вод, минеральных удобрений, фармацевтических средств.

Сульфидсеребряные электроды - этот вид электродов является универсальным, с одной стороны Ag2S является основой одного из первых гомогенных кристаллических электродов с высокой избирательностью по отношению к ионам Ag и S2 с другой стороны - Ag2S оказался превосходной инертной матрицей для кристаллических галогенидов серебра и многих сульфидов двузарядных металлов. Ag2S-электрод в растворах AgNO3 обладает полной Ag-функцией в интервале концентраций 100-10-7 М Ag. Нижний концентрированный предел обусловлен нестабильностью растворов при концентрации ниже 10-7 М Ag. Однако можно измерить очень низкие концентрации свободных ионов Ag в присутствии комплексообразователей, которые создают буферность раствора относительно измеряемого иона. S2 функция экспериментально выполняется в интервале от 10-2 до 10-7 М в сильнощелочных сульфидных растворах.

На потенциал рассматриваемого электрода влияют Hg2 и CN- ионы. Влияние ионов CN- обусловлено реакцией 6CN- Ag2S S2- 2AgCN32- В обычной конструкции ионселективного электрода с твердой мембранной внутренняя поверхность мембраны контактирует со стандартным раствором электролита, в который погружен вспомогательный электрод, создающий обратимый переход от ионной проводимости в электролите к электронной проводимости в металлическом проводнике.

Однако удобнее внутренний контакт создавать с помощью твердых веществ графит, металлы - такие электроды называются твердофазными.

Галогенсеребряные и некоторые другие электроды на основе серебра

Для AgI-электродов применяют смесь поликристаллических AgI и Ag2S трет... Интервал рН в котором могут функционировать электроды лежит в области ... Существуют стеклянные электроды которые позволяют определить концентра... Продолжительность функционирования стеклянного электрода определяется ... В конце концов развиваются трещины, приводящие к нарушению функции эле...

Электроды с жидкими мембранами

Электроды с жидкими мембранами. Селективность жидких мембран будет определяться ограничением внедрения... Са2-электрод действует в присутствии ПАВ, анионов гуминовой кислоты, с... 2 Область применения Са2-электродов - определение коэффициентов активн... Данный электрод используют для определения жесткости воды.

Электроды на основе жидких анионитов

Электроды на основе жидких анионитов. Если использовать активные группы с положительным зарядом, то можно по... Эти электроды могут быть использованы для следующих анионов ClO4 SCN I... Этот электрод можно применять для определения нитрат - ионов в интерва... При анализе растительных объектов ионометрический метод, основанный на...

Газовые электроды

Для этого вида электродов используют два вида мембран - гомогенные, пр... Энзимные электроды Энзимные электроды подобны мембранным электродным с... Энзимный электрод для определения глюкозы - существуют несколько метод... Большинство электрохимических методов основано на измерении скорости р... Замена внешней целлофановой мембраны способствовала бы уменьшению влия...

Заключение

Заключение Ионоселективные электроды применяют не только в химической промышленности, но и в медицине.

Обладая рядом достоинств, электроды не лишены недостатков. Так некоторые электроды не могут быть использованы в присутствии определенного сорта ионов например, перхлорат-селективнй электрод не может обнаруживать ClO4- в присутствии следующих ионов MnO4 IO4 ReO4 SCN Главным достоинством ионоселективных электродов является то, что они не оказывают влияния на исследуемый раствор.

Литература

Литература 1. Ионселективные электроды. Под ред. Р. Дарста. Пер. с англ канд. хим. наук А.А.Белюстина и В.П. Прозе под ред. доктора хим. наук, проф. М.М. Шульца 2. Никольский Б.П Матерова Е.А. Ионоселективные электроды -Л. Химия, 1980 240 с ил. Методы аналитической химии 3. Корыта И Штулик К. Ионоселективные электроды Пер. с ческ М. Мир 1989. -272 с ил. 4. Лакшиминараянайах Н. Мембранные электроды Пер. с англ. Под ред. канд. хим. наук А.А. Белюстина Л. Химия, 1979 360 с ил Нью-Йорк. Академик Пресс, 1976.